2 kW射频板条CO2激光器光束整形研究

"射频板条CO2激光器在激光加工领域的应用中，其2 kW功率的输出光束存在旁瓣问题，这主要是由于离轴负支非稳波导混合腔的近场分布包含大量高空间频率分量。为解决这一问题，研究者通过特征向量法和矩形波导的解析表达式进行数值模拟和实验，同时结合Collins公式，研究了光束整形过程中的光场变化和空间滤波器的优化设计。经过整形，激光器的输出光束由原先带有高空间频率振荡的长条形简单象散光束转变为近圆形、近基模高斯分布的光束，显著提高了光束质量。整形后的光束在非稳方向的光束质量因子M2为1.1，波导方向的M2为1.08，表明光束质量得到了显著改善。" 本文详细探讨了2 kW射频板条二氧化碳(CO2)激光器的输出光束整形特性，特别是针对离轴负支非稳波导混合腔所产生的高空间频率成分问题。离轴负支非稳腔设计虽然能提高激光器的输出功率，但会导致光束近场分布中出现大量的高空间频率分量，这些分量在聚焦时会形成不可忽视的旁瓣，影响激光加工的精度和效果。 研究人员运用特征向量法对谐振腔的近场分布进行了数值模拟，这是一种有效的分析激光腔内电磁场分布的方法，可以揭示光束质量不佳的原因。同时，结合矩形波导的解析表达式，进一步理解了光束形成的过程。此外，通过引入Collins公式，他们研究了光束整形过程中光场分布的变化规律，这个公式是计算激光光束远场分布的重要工具，能帮助优化光束整形系统的设计。 在实验部分，研究人员采用了一个包含空间滤波器的整形系统，该系统能够有效消除旁瓣，将初始的长条形简单象散光束转换为更理想的近圆形、近基模高斯分布光束。高斯光束具有良好的光束质量和集中性，非常适合激光加工应用。整形后的光束质量因子M2是衡量光束质量的关键参数，1.1的非稳方向M2值和1.08的波导方向M2值表明，经过整形，光束质量有了显著提升，这意味着激光器的加工性能得到增强。 总结来说，这篇研究展示了如何通过理论建模和实际操作，解决射频板条CO2激光器输出光束的质量问题，优化光束分布，从而提升激光加工的效率和精度。这些研究成果对于激光加工技术的发展和工业应用具有重要的实践意义。